田亞芳／鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450000

大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模式探究

田亞芳／鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450000

文章主要研究了大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。本文首先采集文獻(xiàn)資料，從資料內(nèi)容出發(fā)對(duì)大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行闡述。其次，在該基礎(chǔ)上對(duì)大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行分析，研究了其設(shè)計(jì)流程中的相關(guān)內(nèi)容。最后，對(duì)大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行探究，結(jié)合具體案例對(duì)上述模式的運(yùn)用效果進(jìn)行觀察。文章對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)體系的發(fā)展具有一定的貢獻(xiàn)性作用。

大學(xué)物理；網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)；模式

網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)可以通過Web平臺(tái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的虛擬分析，是當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種新方法。在該教學(xué)過程中教師可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的模擬，拓展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)境，對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。如何構(gòu)建高質(zhì)量、高效益的大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)體系已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則

大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中要把握好實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性原則、開放性原則、直觀性原則、交互性原則及藝術(shù)性原則，要依照上述原則理念規(guī)范設(shè)計(jì)內(nèi)容，為網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.1 可行性原則。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案要科學(xué)、合理且順利實(shí)施，即設(shè)計(jì)方案要與實(shí)際大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)要求相符合，能夠在有限空間和資源內(nèi)付諸實(shí)踐。

1.2 開放性原則。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案要能夠滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求，為學(xué)生提供自由、開放的環(huán)境和空間，確保學(xué)生能夠隨時(shí)隨地參與到教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中。

1.3 直觀性原則。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案要直觀、全面地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，通過調(diào)整參數(shù)、環(huán)境、結(jié)構(gòu)等形成“真實(shí)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，讓學(xué)生體驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室相同的學(xué)習(xí)效果。

1.4 交互性原則。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案要能夠?qū)W(xué)生與教師緊密結(jié)合在一起，形成學(xué)生、教師實(shí)時(shí)交互的教學(xué)體系，通過聊天室、論壇等完成信息的雙向交互。

1.5 藝術(shù)性原則。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案要賞心悅目，給學(xué)生視覺上美的享受，讓學(xué)生充分感知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的藝術(shù)元素，提升實(shí)驗(yàn)的真實(shí)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2 大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)流程

大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中要把握好任務(wù)分析、框架構(gòu)建、細(xì)節(jié)完善三方面內(nèi)容，依照教學(xué)需求及學(xué)生需求形成對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)流程，將學(xué)習(xí)理念及以人為本教學(xué)理念滲透到設(shè)計(jì)過程中，改善學(xué)生學(xué)習(xí)效率，其具體設(shè)計(jì)流程見圖1。

圖1 大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)流程圖

2.1 需求分析。明確網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的教師需求信息、學(xué)生需求信息、功能需求信息、性能需求信息、運(yùn)行需求信息，依照系統(tǒng)外部環(huán)境需求及內(nèi)部環(huán)境需求制訂系統(tǒng)框架并形成框架說明。適當(dāng)情況下還要對(duì)系統(tǒng)發(fā)展需求信息進(jìn)行采集，對(duì)教學(xué)環(huán)境轉(zhuǎn)變中可能出現(xiàn)的需求進(jìn)行探究，形成對(duì)應(yīng)措施，提升系統(tǒng)應(yīng)用效益。

2.2 設(shè)計(jì)策略。依照大學(xué)物理虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容合理構(gòu)建實(shí)驗(yàn)層次及實(shí)驗(yàn)體系，運(yùn)用導(dǎo)航頁面對(duì)教學(xué)核心內(nèi)容進(jìn)行展現(xiàn)，提升學(xué)生對(duì)大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)知識(shí)體系的認(rèn)知；通過視頻、圖片等資源，降低知識(shí)理解難度；運(yùn)用聊天室、BBS、視頻會(huì)議、電子白板等形成活動(dòng)體系，開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，交流實(shí)驗(yàn)問題等。

2.3 界面場(chǎng)景設(shè)計(jì)。把握好設(shè)計(jì)素材，對(duì)設(shè)計(jì)背景、設(shè)計(jì)布局、設(shè)計(jì)色彩等合理分析，形成與大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相協(xié)調(diào)的體系，使設(shè)計(jì)內(nèi)容與真實(shí)實(shí)驗(yàn)室操作狀況一致。

2.4 交互設(shè)計(jì)。人機(jī)交互設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)問答式對(duì)話、菜單操作、命令語言、填表技術(shù)等進(jìn)行合理設(shè)置，形成簡(jiǎn)單化、圖形化的操作系統(tǒng)。人際交互時(shí)需對(duì)在線討論板塊、共享白班、網(wǎng)絡(luò)視頻等進(jìn)行合理設(shè)置，形成實(shí)時(shí)化、高效化的交流系統(tǒng)。

2.5 評(píng)估及修改。選取部分學(xué)生及教師對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用評(píng)價(jià)，觀察大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容是否滿足學(xué)生及教師需求，對(duì)教學(xué)反饋信息進(jìn)行分析，實(shí)施設(shè)計(jì)方案修改和優(yōu)化。

3 大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模式及運(yùn)用

3.1 設(shè)計(jì)模式。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模式與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與學(xué)生需求息息相關(guān)，是在該基礎(chǔ)上形成的不同內(nèi)容體系。當(dāng)前大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模式主要包括動(dòng)手操作型、演示觀察型及實(shí)驗(yàn)探究型三大類。

3.1.1 動(dòng)手操作型模式。該模式主要運(yùn)用于理論知識(shí)較為復(fù)雜，知識(shí)教學(xué)理解難度較大的實(shí)驗(yàn)，可以將復(fù)雜的知識(shí)內(nèi)容融合到動(dòng)手操作中，讓學(xué)生通過動(dòng)手操作掌握具體實(shí)驗(yàn)知識(shí)，獲取實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)認(rèn)知。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作模式設(shè)計(jì)過程中要首先明確設(shè)計(jì)需求，對(duì)設(shè)計(jì)中需要展現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行完善。其次，要確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作順序及操作方式，有針對(duì)性構(gòu)建模擬設(shè)備及模擬環(huán)境，形成初步虛擬框架。再次，要設(shè)計(jì)學(xué)生操控或間接操控虛擬儀器的交互方式，對(duì)系統(tǒng)操作信息進(jìn)行明確，形成關(guān)聯(lián)體系，給予對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提示及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。最后，引導(dǎo)學(xué)生依照實(shí)驗(yàn)提示及實(shí)驗(yàn)信息繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，依照模擬系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)流程完成儀器或?qū)嶒?yàn)的各項(xiàng)操作。

3.1.2 演示觀察型模式。該模式主要運(yùn)用于操作過程較為簡(jiǎn)單，操作體系較為單一的實(shí)驗(yàn)，可以有效改善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生在觀察過程中了解實(shí)驗(yàn)體系和實(shí)驗(yàn)知識(shí)，形成深刻的實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)知。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)演示觀察型模式的設(shè)計(jì)主要采用線性過程原理，具體設(shè)計(jì)過程中相關(guān)人員首先對(duì)實(shí)驗(yàn)需求及學(xué)生需求進(jìn)行明確，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的展示內(nèi)容進(jìn)行完善和拓展。其次，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式、順序進(jìn)行設(shè)置，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的虛擬設(shè)備、儀器的運(yùn)動(dòng)和變化。再次，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行演示，將操作內(nèi)容及操作效果依照關(guān)系、系統(tǒng)形成對(duì)應(yīng)連接，呈現(xiàn)出操作后實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)變化。最后，引導(dǎo)學(xué)生依照上述實(shí)驗(yàn)提示及實(shí)驗(yàn)信息對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分析，總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的問題進(jìn)行交流。

3.1.3 實(shí)驗(yàn)探索型模式。該模式主要運(yùn)用于知識(shí)內(nèi)容較為新穎、知識(shí)體系超出學(xué)生認(rèn)識(shí)范圍的實(shí)驗(yàn)，可以形成系統(tǒng)化的知識(shí)體系，對(duì)各項(xiàng)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行挖掘，是提升學(xué)生動(dòng)手操作能力、自主探索能力的關(guān)鍵。大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探索型模式中要首先把握好設(shè)計(jì)需求，對(duì)需要展現(xiàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行明確。其次，要對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行完善，設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，形成對(duì)應(yīng)設(shè)備及儀器的運(yùn)動(dòng)及變化。再次，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)操作儀器、操作設(shè)備等的交互方式，依照操作給予對(duì)應(yīng)提示信息及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。最后，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的知識(shí)體系、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等進(jìn)行明確，形成完善探究結(jié)果。

3.2 運(yùn)用分析。本次運(yùn)用過程中主要以《金屬絲楊氏模量的測(cè)定》實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，借鑒相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案形成對(duì)應(yīng)動(dòng)手操作型網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)體系并對(duì)其評(píng)估，現(xiàn)模式內(nèi)容如下：

3.2.1 需求分析。本實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)金屬絲楊氏模量測(cè)定中相關(guān)內(nèi)容的分析，要保證學(xué)生能夠了解金屬絲楊氏模量的測(cè)定操作，順利實(shí)現(xiàn)測(cè)定操作。系統(tǒng)需求中要能夠順利實(shí)現(xiàn)測(cè)定的承接及現(xiàn)象的提示，形成系統(tǒng)化、科學(xué)化操作體系。

3.2.2 設(shè)計(jì)策略。本次實(shí)驗(yàn)中主要通過多媒體、超文本組織對(duì)操作知識(shí)及操作內(nèi)容進(jìn)行展現(xiàn)，設(shè)置了對(duì)應(yīng)導(dǎo)航頁面輔助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

3.2.3 界面場(chǎng)景設(shè)計(jì)。本次實(shí)驗(yàn)界面場(chǎng)景主要以層次化體系進(jìn)行構(gòu)建，模擬設(shè)計(jì)過程中實(shí)驗(yàn)儀器主要包括光杠桿、楊氏模量?jī)x、標(biāo)尺、望遠(yuǎn)鏡等，虛擬環(huán)境內(nèi)容對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行了個(gè)性化模擬設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要通過3ds Max軟件制作虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

3.2.4 交互設(shè)計(jì)。交互設(shè)計(jì)與虛擬設(shè)計(jì)方式一致并適當(dāng)融合Flash軟件，通過Cult3D及Flash完成實(shí)驗(yàn)操作的控制及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的展示。

3.2.5 設(shè)計(jì)評(píng)估。本次評(píng)估過程中從教師和學(xué)生兩方面進(jìn)行運(yùn)用效果評(píng)估，其中53%認(rèn)為系統(tǒng)運(yùn)用效果非常滿意，32%認(rèn)為效果較為滿意，11.25%認(rèn)為效果一般，3.75%認(rèn)為系統(tǒng)不好。反饋信息中表明系統(tǒng)界面美化、提示不足是造成評(píng)估不滿意的關(guān)鍵因素，需要繼續(xù)修正和完善。

4 總結(jié)

大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)物理教學(xué)的重要內(nèi)容，其設(shè)計(jì)效果及設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響著學(xué)生的知識(shí)水平和能力水平，是學(xué)生發(fā)展的關(guān)鍵。在對(duì)大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行運(yùn)用的過程中教師要把握好模式內(nèi)容，要依照模式特征對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行合理選取，形成細(xì)化結(jié)構(gòu)體系，從本質(zhì)上改善實(shí)驗(yàn)運(yùn)用效果，加速大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展進(jìn)程。

[1]劉英杰，楊雪，闞寶朋.基于設(shè)計(jì)的研究范式的運(yùn)用——大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可持續(xù)建設(shè)與發(fā)展研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2009（1）：72-74.

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